Ce rapport de thèse présente une analyse détaillée de nouvelles techniques d'estimation de pose à partir des images de couleur et de profondeur provenant de capteurs RGB-D. Etant donné que l'estimation de la pose nécessite d'établir une cartographie en simultanée, la reconstruction 3D de la scène sera aussi étudié dans cette thèse. La localisation et la cartographie ont été largement étudiés par la communauté de robotique et de vision par ordinateur, et ces techniques ont aussi été largement employés pour la robotique mobile et les systèmes autonomes afin d'exécuter des tâches telles que le suivi de caméra, la reconstruction 3D dense ou encore la localisation robuste. Le défi de l'estimation de pose réside dans la façon de relier les mesures des capteurs pour estimer l'état système en position et en orientation. Lorsqu'une multitude de capteurs fournisse différentes observations des mêmes variables, il devient alors complexe de fusionner au mieux ces informations acquises à des instants différents. De manière à développer un algorithme efficace pour traiter ces problèmes, une nouvelle méthode de recalage nommée Point-to-hyperplane sera introduite, analysée, comparée et appliquée à l'estimation de pose et à la cartographie basée sur des frames-clés. La méthode proposée permet de minimiser différentes métriques sous la forme d'un seul vecteur de mesure en n-dimensions, sans avoir besoin de définir un facteur d'échelle qui pondère l'influence de chaque terme durant la minimisation d'énergie. Au sein du concept Point-to-hyperplane, deux lignes principales ont été examinées. Premièrement, la méthode proposée sera employée dans des applications d'odométrie visuelle et de cartographie 3D. Compte-tenu des résultats expérimentaux, il a été montré que la méthode proposée permet d'estimer la pose localement avec précision en augmentant le domaine et la vitesse de convergence. L'invariance est mathématiquement prouvée et des résultats sont fournis à la fois pour environnements réels et synthétiques. Deuxièmement, une méthode pour la localisation globale a été proposée qui adresse les problèmes de reconnaissance et de détection de lieux. Cette méthode s'appuie sur l'utilisation du Point-to-hyperplane combinée à une optimisation Branch-and-bound pour estimer la pose globalement. Étant donné que les stratégies de Branch-and-Bound permettent d'obtenir des alignements grossiers sans la nécessité d'avoir la pose initiale entre les images, le Point-tohyperplane peut être utiliser pour raffiner l'estimation. Il sera démontré que cette stratégie est mieux contrainte quand davantage de dimensions sont utilisées. Cette stratégie s'avère être utile pour résoudre les problèmes de désalignement et pour obtenir des cartes 3D globalement consistantes. Pour finir cette thèse et pour démontrer la performance des méthodes proposées, des résultats sur des applications de SLAM visuel et de cartographie 3D sont présentés. / This thesis presents a detailed account of novel techniques for pose estimation by using both, color and depth information from RGB-D sensors. Since pose estimation simultaneously requires an environment map, 3D scene reconstruction will also be considered in this thesis. Localization and mapping has been extensively studied by the robotics and computer vision communities and it is widely employed in mobile robotics and autonomous systems for performing tasks such as tracking, dense 3D mapping and robust localization. The central challenge of pose estimation lies in how to relate sensor measurements to the state of position and orientation. When a variety of sensors, which provide different information about the same data points, are available, the challenge then becomes part of how to best fuse acquired information at different times. In order to develop an effective algorithm to deal with these problems, a novel registration method named Point-to-hyperplane Iterative Closest Point will be introduced, analysed, compared and applied to pose estimation and key-frame mapping. The proposed method allows to jointly minimize different metric errors as a single measurement vector with n-dimensions without requiring a scaling factor to tune their importance during the minimization process. Within the Point-to-hyperplane framework two main axes have been investigated. Firstly, the proposed method will be employed for performing visual odometry and 3D mapping. Based on actual experiments, it has been shown that the proposed method allows to accurately estimate the pose locally by increasing the domain of convergence and by speeding up the alignment. The invariance is mathematically proven and results in both, simulated and real environments, are provided. Secondly, a method is proposed for global localization for enabling place recognition and detection. This method involves using the point-to-hyperplane methods within a Branch-and-bound architecture to estimate the pose globally. Therefore, the proposed method has been combined with the Branch-and-bound algorithm to estimate the pose globally. Since Branch-and-bound strategies obtain rough alignments regardless of the initial position between frames, the Point-to-hyperplane can be used for refinement. It will be demonstrated that the bounds are better constrained when more dimensions are considered. This last approach is shown to be useful for solving mistracking problems and for obtaining globally consistent 3D maps. In a last part of the thesis and in order to demonstrate the proposed approaches and their performance, both visual SLAM and 3D mapping results are provided.

L'hydrographie française au XIXè siècle est mal connue pourtant c'est sans doute la période pendant laquelle elle a connu son plus fort développement portée par l'élan de la conquête coloniale.La collecte des données géographiques, la rédaction des cartes ainsi que I'approvisionnement des flottes de guerre et de commerce sont de la responsabilité du Dépôt des cartes et plans de la marine et des ingénieurs hydrographes qui forment un corps spécifique. Sur les terrains les officiers de marine reçoivent la mission de réaliser des levés et de collecter la moindre donnée qui pourrait servir à faire progresser le savoir géographique. Ils sont les indispensables auxiliaires des ingénieurs trop peu nombreux pour suffire à la tâche. Passée l'époque des grands voyages scientifiques (1790-1840), qui a permis de rénover la connaissance géographique du Pacifique et de ses rives, le rythme faiblit. En effet, la France, à la différence de la Grande-Bretagne et en raison de la modicité relative des crédits alloués à I'hydrographie, n'organise que très peu de campagnes exclusivement hydrographiques.Cependant, l'hydrographie française peine à trouver sa place sur le marché mondialisé de la carte nautique, dominé par la production britannique largement exploitée et copiée par les cartographes privés.La seconde partie de ce travail a pour objectif d'analyser les usages des cartes premièrement à travers l'étude du marché et des attentes des marins eux-mêmes. Enfin, nous nous sommes intéressés aux expériences quotidiennes de la navigation pour saisir la place que prend la carte dans la pratique des marins. / French hydrography during the XIXth Century had remained largely unexplored although this period had been extremely fecund. The « Dépôt des cartes et plans » is responsible for collecting geographical data producing nautical charts and providing the fleet and merchant seamen with nautical publications.Surveys were conducted by engineers and also by navy officers. However, after the era of the scientific expeditions (1790-1840) the production dropped. Actually, the French Navy never managed to wage exclusive hydrographic campaigns such as the British Navy did at the same time.Moreover, French charts struggled to find their place in a market dominated by the British production.In the second part of this thesis we addressed the question of the uses of nautical charts, first through the analysis of the market and expectations of seamen. Secondly we tried to enlighten the usual practices of sailors.

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Les oscillations fournissent le matériel expérimental pour observer la structure dynamique de l'activité cérébrale (Baillet, 2017 ; Buzsaki et Draguhn, 2004 ; Silva, 2013). Entre le repos et la réalisation d'une tâche, les propriétés du signal des oscillations (fréquence, phase et amplitude) varient selon les régions du cerveau, en fonction de l'état mental et de la tâche en cours. Il a été proposé que le couplage phase-amplitude entre la phase des oscillations thêta et l'amplitude des oscillations gamma soit un mécanisme que le cerveau implémente pour permettre la rétention d'informations en mémoire. Cependant, le rôle du couplage thêta-gamma dans la mémoire à court terme doit encore être démontré. Dans cette étude, nous avons cherché à savoir si le couplage phase-amplitude thêta-gamma dans l'hippocampe soutient la rétention de l'information en mémoire, par rapport à la simple perception, et si le couplage thêta-gamma dans l'hippocampe humain est lié la performance comportementale dans un tâche de mémoire à court terme. Des enregistrements EEG stéréotaxiques ont été obtenus chez 16 patients épileptiques pharmaco-résistants qui ont effectué des tâches de comparaison de séquences sonores et une condition de contrôle d'écoute passive avec le même matériel. Pour étudier la mémoire à court terme, la durée de la période silencieuse de rétention entre les séquences à comparer (2000, 4000, 8000 ms) ainsi que la charge en mémoire (3 - 6 éléments à encoder) ont été manipulées. Les analyses de Temps-Fréquence pendant la période d'encodage de la tâche montrent que chaque note a été encodée par une bouffée gamma transitoire dans le cortex auditif, tandis que la séquence entière a induit des oscillations thêta soutenues dans la voie auditive ventrale (à partir du gyrus temporal supérieur jusqu'au gyrus frontal inférieur en incluant des régions du lobe temporal médian). Pendant la période de rétention, le couplage thêta-gamma était augmenté dans l'hippocampe gauche pendant les essais de mémoire par rapport aux essais de perception. Il est important de noter que la force du couplage thêta-gamma était corrélée à la performance des participants et qu'une forte stabilité du couplage (bouffée gamma imbriquée dans la phase ascendante de l'oscillation thêta) a été observée dans l'hippocampe gauche et le cortex auditif secondaire. Ce résultat suggère que le couplage thêta-gamma dans l'hippocampe favorise la rétention des éléments mémorisés dans une tâche de mémoire auditive à court terme. Cela élargit nos connaissances sur le rôle général du couplage inter-fréquentiel en tant que mécanisme biologique global pour le traitement et l'intégration des informations dans le cerveau humain. / Brain oscillations provide the experimental material to observe the dynamical structure of brain activity (Baillet, 2017; Buzsaki and Draguhn, 2004; Silva, 2013). Between rest and task performance, the signal properties of oscillations (frequency, phase, and amplitude) vary across brain regions, according to the mental state and the ongoing task performed. Phase Amplitude Coupling between theta and gamma oscillations has been hypothesized to implement the retention of information during short-term memory. However, the role of theta-gamma coupling in short-term memory functions still needs to be demonstrated. In this study, we investigated if hippocampal theta-gamma PAC supports auditory memory retention, as compared to simple perception, and if theta-gamma coupling in the human hippocampus can correlate with behavioural performance in a short-term auditory memory task. Stereotaxic EEG recordings were obtained from 16 pharmaco-resistant epileptic patients who performed delayed match-to-sample tasks for tone sequences, and a passive listening perception condition with the same material. To investigate short-term memory functions, the duration of the silent retention period between the to-be-compared sequences (2000, 4000, 8000 ms) as well as the memory load (3, 6 tones) were manipulated. Time-frequency analyses during the encoding period of the task show that each tone was encoded by a transient gamma burst in the auditory cortex, while the entire sequence elicited sustained theta oscillations in the ventral auditory stream (from the superior temporal gyrus to the inferior frontal gyrus including regions of the medial temporal lobe). During the retention period, theta-gamma coupling increased in the left hippocampus during memory trials as compared to perception trials. Importantly, theta-gamma coupling strength was correlated with participant's performance and high coupling stability/consistency (gamma burst nested to the ascending phase of the theta oscillation) was observed in both the left hippocampus and secondary auditory cortex. This study suggests that hippocampal theta-gamma coupling supports the retention of memorized items in auditory short-term memory. This expands our knowledge of the general role of cross-frequency coupling as a global biological mechanism for brain information processing and integration in the human brain.

Notre société est caractérisée par l'utilisation à grande échelle des équipements mobiles tels que téléphones cellulaires, assistants personnels et toutes autres sortes d'appareils embarqués. Avec l'évolution récente dans le domaine des réseaux sans fil et leur intégration à l'Internet, on assiste à une augmentation de la demande pour des services cartographiques accessibles par des appareils de plus en plus variés. Le but du présent travail est d'offrir un service permettant la production et la livraison des cartes sur le Web pour des terminaux mobiles de type PDA (Personal Digital Assistant). Cependant, la génération des cartes sur le Web pour des terminaux mobiles constitue un grand défi, non seulement le temps de génération de la carte doit être le plus court possible, mais il faut que la production de la carte s'adapte aux différentes contraintes de l'environnement mobile (caractéristiques techniques limitées des terminaux mobiles, faiblesse et instabilité de transfert de données, etc). Pour relever ce défi, nous avons opté pour une approche appelée «génération et transmission des cartes par couches d'intérêt », une approche basée sur l'utilisation d'une base de données à représentations multiples et un système multiagent pour la génération et l'adaptation de la carte finale en fonction des contraintes liées au contexte mobile. / Nowadays, the use of mobile devices such as cellular phones, personal assistants is increasing Worldwide. The recent advances in the field of the wireless networks and their integration with the Internet, results in the increased need for cartographic services accessible using mobile devices. The goal of this work is to offer a service allowing the production and the delivery of Web maps for PDA (Assisting Personal Digital). Furthermore, in order to generate maps on-the-fly for mobile devices, we must deal with several challenges. Indeed, in addition to processing time which must be short, we have to adapt the maps to the various constraints of the mobile environment (small amount of memory slow processor, display size, bandwidth, etc). In order to overcome these challenges, we chose an approach called " a progressive automatic map generation based on layers of interest ", this approach is based on the use of a multiple representation database and a multiagent System for the generation and the adaptation of maps according to the mobile context constraints.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2012

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / La cartographie peptidique est une technique comparative couramment utilisée pour l'analyse des protéines et l'identification de substitutions d'acides aminés ou de modifications post-transductionnelles dont certaines sont à l'origine de maladies graves comme l'anémie. Cette technique est constituée de trois étapes: le clivage enzymatique ou chimique de la protéine, la séparation et la détection des fragments peptidiques par une technique chromatographique. La cartographie peptidique de protéines provenant d'échantillons biologiques est une technique longue et fastidieuse. Afin de digérer les protéines, nous avons mis au point un microréacteur qui contient de la trypsine immobilisée sur un support solide. La solution de protéine est perfusée à travers le microréacteur où a lieu la digestion. Les fragments peptidiques sont collectés à la sortie du micro-réacteur et séparés par électrophorèse capillaire (CE). Ce microréacteur a montré une bonne reproductibilité des cartes peptidiques pour des concentrations de protéines assez élevées (0.08 mM). Cependant, le nombre de pics obtenus sur nos électrophérogrammes dans le cas de la [3-caséine est supérieur au nombre de peptides attendus. Nous avons montré que ce phénomène est dû au fait que les échantillons commerciaux de cette protéine comportent plusieurs isoforrnes. Dans les échantillons biologiques, les fragments peptidiques issus de la digestion de protéines sont souvent présents à des concentrations inférieures aux limites de détection usuelles par spectrophotométrie. Nous avons donc fabriqué un préconcentrateur fait de billes d'octadécylsilane (1 mm x 370 lm). Dans un premier temps, la solution de fragments peptidiques est perfusée à travers le préconcentrateur où les peptides sont retenus. Après connexion de celui-ci à un capillaire de séparation par électrophorèse capillaire, la désorption est effectuée en injectant à travers le préconcentrateur un petit volume d'une solution d'acétonitrile (65 n1). Ce volume d'élution est ensuite poussé par pression dans le capillaire de séparation. Pour éviter les problèmes associés à la présence du préconcentrateur lors de la séparation, ce dernier est déconnecté du capillaire de séparation avant application du voltage. Nos études ont montré que l'étape de préconcentration induit un phénomène chromatographique qui se superpose à la séparation électrophorétique. En conséquence, les cartes peptidiques obtenues avec une étape de préconcentration sont très différentes de celles obtenues à des concentrations élevées. En dépit de ce phénomène, nous avons obtenu des cartes peptidiques de digestats de la [3-caséine avec une bonne reproductibilité et avec des solutions de protéine à des concentrations de 400 nM. Afin de minimiser la perte d'échantillon, les manipulations et le temps nécessaires pour obtenir la cartographie peptidique à partir de la solution de protéine à basse concentration, nous avons connecté le microréacteur, le préconcentrateur et le capillaire de séparation en un système continu. Malgré la perte de résolution et d'efficacité induite par le design du système et le relativement important volume de désorption injecté (60 n1), nous avons atteint un facteur de préconcentration de 500. Nous avons obtenu les cartes peptidiques de différentes protéines à des concentrations allant de 400 nM à 800 nM en quatre heures et ce de manière reproductible. De plus, notre système est réutilisable.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / La représentation géographique de l'Amérique du Nord chez Jacques Cartier ne se résume pas uniquement aux quelques cartes de seconde mains datant de la première moitié du XVIe siècle. Traditionnellement, les historiens ont eu recours au témoignage de la cartographie afin de décrire la vision géographique du pilote malouin. Il appert, à la lecture de la relation des voyages de Cartier, que celui-ci avait acquis des connaissances théoriques dans l'étude de la cosmographie. Élément important de la vision géographique du capitaine breton, cette science consacrée à la description du monde n'a pas été retenue par les spécialistes afin de présenter les fondements de la cartographie de l'Amérique du Nord chez Cartier. Ainsi, ce mémoire cherche à approfondir nos connaissances sur la représentation cosmographique de l'Amérique du Nord chez Cartier et entre 1534 à 1542. Loin d'être ce vieux loup de mer illettré et navigant à l'estime, Cartier était un pilote sachant « prendre les hauteurs» et un lecteur attentif de la Coutume de Bretagne. Ses voyages au long cours l'avaient menés jusqu'à Terre-Neuve et probablement au Brésil avant même qu'il entreprenne sa première expédition officielle en 1534. Sa connaissance de la cosmographie avait fait de lui l'une des autorités en matière de navigation lointaine. Il semble que ce semeur de toponymes en terre d'Amérique ait été influencé par la théorie des climats, désirant prolonger ainsi, sur la même latitude, sa Bretagne natale au-delà de l'Atlantique. Cette vision typiquement européenne sera modifiée par la participation amérindienne aux explorations de Cartier. Ainsi, selon l'affirmation des lroquoiens de Stadaconé, le territoire compris entre la rivière des Outaouais, le Saguenay et le fleuve Saint-Laurent était une île, témoignage reflétant l'une des facettes de la géographie amérindienne.

3 cartes en pochettes

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